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场地自行车蹬踏技术动作的应用研究

作　者: 王敏
导　师: 钱竞光
学　校: 南京体育学院
专　业: 运动人体科学
关键词: 场地自行车下肢肌群蹬踏频率动力学仿真
分类号: G872.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目的：场地自行车项目作为江苏省传统优势项目，但近些年来，成绩始终徘徊在上游水平，却难于问鼎冠军，作为2013年全运会争金夺银的项目，必须加大科研投入力度。本文从运动生物力学的角度对场地自行车项目的蹬踏动作进行分析。本研究采用三维影像解析法、表面肌电法、计算机仿真动力学建模法对场地自行车项目的蹬踏技术动作进行运动生物力学基础研究，并为科学训练提供理论依据。方法：1.选取江苏省自行车队部分场地短组运动员(共10名对象)，对其起动影像资料进行三维影像解析，探究鞍马全旋动作的运动学规律。2.对江苏省自行车队场地短组运动员9名，进行不同频率的蹬踏同步肌电测试，并同步测试其输出功率，初步探索其肌电和输出功率变化情况，从而更好的把握发力时机等。3.对江苏省现役运动员唐佳雯，运用多体系统动力学仿真软件建立其合理的蹬踏骑行的动力学模型，并结合三维影像解析数据、肌电数据进行对比分析。结果：1.起动技术较好的施*、朱*和唐*三人的重心前移距离分别达到了:34.19cm、19.68cm、15.87cm，重心上升的高度与身高之比也分别达到了7.83%、7.31%和6.9%；唐*、朱*和施*的髋角与重心高度比增加幅度分别为：4.94%、8.66%和10.75%，而沈**增加的幅度仅为0.6%。2.胫骨前肌(TA)、股直肌(RF)、股内侧肌(VM)、腓肠内侧肌(GASM)、腓肠外侧肌(GASL)、股二头肌(BF)、半腱肌(STE)、臀大肌(GM)的AVG和RMS值随着蹬踏频率的增大而变大；老队员的下肢表面肌电指标明显高于年轻队员，如凌*的GAS(M)的AGV值则是刘*的2倍多，凌*的GAS(L)的AGV值接近刘*的3倍；根据峰值（最大输出功率）、相对峰值、最小功率、相对最小功率、平均功率、相对平均功率值等指标判断蹬踏方式的优劣。3.根据唐佳雯骑行时的多体动力学模型分析结果可以得出：蹬踏频率为360rad/s时，其下肢肌力最大值发力和大约为17N，这与理论力值十分接近；另一方面，根据肌电信号判定的发力时序与模型中肌肉先后发力时序也十分吻合，还有膝关节的角度变化与XSENS解析结果也十分类似，这些都证实了唐佳雯模型的可靠性。结论：1.江苏省自行车场地短组改进的起动技术，即预备姿势为“顶肩、后移（重心）、屈髋”；出发姿势定为“弹射-急振”模型，是合理有效的，符合生物力学特征,对运动成绩的提高确有效果。2.下肢在做蹬踏运动时，其肌群的发力时序是沿着GAS→VM→RF→VL→BF→STE→TA→GM首尾相连无限循环的过程。3.在起动时，下肢肌肉的活跃度有待进一步加强，其中个体局部差异较大，如臀大肌与股直肌的发力时序不当，这对蹬踏技术的改进有着局限甚至阻碍作用；与训练多年的老队员相比，年轻队员应加强腿部的力量训练，尤其是腓肠肌与股四头肌，这对提拉与下压有着密切的关联。4.表面肌电与功率自行车进行结合实验测试，能较为综合反映肌肉的训练程度，具有一定的创新应用价值。5.LifeMOD建模软件能够建立任一骑行者的生物力学模型，并且该模型可以较准确地反映出骨骼、关节、肌肉等大量的骑行数据信息。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
1 前言  9-16
  1.1 借助三维影像解析研究场地自行车项目的最新进展  9-11
    1.1.1 原地起动技术动作的研究分析  9-10
    1.1.2 踏蹬动作技术的研究分析  10-11
  1.2 场地自行车项目中表面肌电研究的最新进展  11-13
  1.3 自行车蹬踏动作的计算机动力学模拟仿真研究进展  13-16
2 研究对象与方法  16-20
  2.1 研究对象  16
  2.2 研究方法  16-19
    2.2.1 影像解析法  16-17
    2.2.2 表面肌电法  17-18
    2.2.3 功率车负荷蹬踏骑行  18
    2.2.4 VICON 捕捉运动学数据  18
    2.2.5 LifeMOD 建模法  18-19
    2.2.6 专家访谈法  19
  2.3 数据的采集与处理  19-20
3 研究结果与分析  20-34
  3.1 影像解析研究的结果与分析  20-27
    3.1.1 影像解析数据结果  20-23
    3.1.2 队员起动练习所对应的时间表  23
    3.1.3 影像解析的数据分析  23-27
      3.1.3.1 预备阶段的数据结果分析与讨论  24-25
      3.1.3.2 出发阶段的数据结果分析与讨论  25-27
  3.2 自行车骑行时的下肢肌电数据结果与分析  27-34
    3.2.1 自行车起动骑行时的下肢肌电数据结果与分析  27-30
      3.2.1.1 起动骑行时的下肢肌电的数据结果  27-28
      3.2.1.2 起动骑行时的下肢 SEMG 信号分析  28-30
    3.2.2 120RPM 骑行时的下肢 SEMG 的结果与分析  30-32
    3.2.3 120RPM 骑行时的功率指标与 SEMG 信号指标的结合分析  32
    3.2.4 RMS 信号指标的时域分析  32-34
4 人一自行车的 LifeMOD 建模探讨  34-45
  4.1 人一自行车建模步骤简介  34-37
  4.2 实验结果  37-40
    4.2.1 运动学数据的结果  37-39
      4.2.1.1 下肢环节质量中心(CM position)的位置变化  38
      4.2.1.2 下肢关节角度变化的结果  38-39
    4.2.2 下肢肌群的动力学(Tension 肌张力)结果  39-40
      4.2.2.1 骨骼肌力值记录原理  39
      4.2.2.2 下肢骨骼肌张力总体变化趋势  39-40
      4.2.2.3 下肢特殊骨骼肌张力变化趋势  40
  4.3 实验结果的验证  40-41
  4.4 实验结果分析  41-45
    4.4.1 下肢肌群的工作方式  41-42
    4.4.2 下肢肌群的最大值及出现时间  42-45
  4.5 本实验存在的不足及下一步工作建议  45
5 结论与建议  45-47
  5.1 实验结论  45-46
  5.2 建议  46-47
参考文献  47-52
致谢  52

场地自行车蹬踏技术动作的应用研究

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